Dnes algoritmy všude poznávají potřeby člověka a podle toho přizpůsobují zkušenosti. Hudební služby přizpůsobené seznamy skladeb. Maloobchodníci nabízejí konkrétní doporučení produktů. Platformy sociálních médií neustále počítají další nejlepší obsah, který se má zobrazit, v reálném čase.
Související obsah
- Zařízení pro sledování krve inspirované komáři
Biomedicínský inženýr z Bostonské univerzity Edward Damiano a jeho kolegové, včetně vedoucího vědeckého pracovníka Firase El-Khatiba, použili podobnou logiku k řešení lékařské výzvy: jak automaticky regulovat hladiny inzulínu a glukagonu u pacientů s diabetem 1. typu v reálném čase.
Tým vyvíjí a testuje se skupinou v Massachusetts General Hospital zařízení, které se nazývá bionický pankreas. Přestože název může vyvolat vize Iron Mana a super-botů, skutečným produktem je adaptace běžných nástrojů, které mnoho pacientů s diabetem 1. typu již používá.
V současnosti pacienti nosí externí inzulínové pumpy, často na břiše. Přenosná pumpa dodává svým uživatelům inzulín katétrem nebo plastovou trubičkou zasunutou pod kůži břicha, ale musí být pravidelně kontrolována, aby se ujistila, že to dělá za správné ceny. Společně pumpa, katétr a ocelová nebo teflonová jehla, která se dostane pod kůži, tvoří tzv. Infuzní set. Pacienti se také spoléhají na kontinuální glukózové senzory. Malý senzor je vložen pod kůži spolu s jeho vysílačem, podobně jako čerpadlo, a je držen na místě lepidlem podobným Band-Aid. Monitoruje rychlost glukózy a přenáší tyto informace do externího zařízení pomocí elektrického signálu. Nyní musí pacienti také ručně sledovat informace, které poskytuje senzor.
Bionický pankreas používá řídicí algoritmus pro spojení těchto dvou kusů. Působí jako můstek mezi kontinuálním glukózovým senzorem a pumpou, což vylučuje nutnost kontroly jednoho z nich.
Jak to funguje: senzor zachytí krevní cukr jednotlivce a odešle tato data do smartphonu. Řídicí algoritmus, který běží na smartphonu, používá data, která právě obdržel, k určení potřeb inzulinu a glukagonu pacienta. Smartphone používá signál Bluetooth k odeslání těchto informací do dvou pump, které má pacient na sobě, jedné pro inzulín a druhé pro glukagon, které pak spravují potřebné množství každé z nich.
Pomocí signálu Bluetooth smartphone komunikuje se dvěma pumpami, jednou pro inzulín a druhou pro glukagon. (Tým Bionic Pankreas) Algoritmus
Páteří zařízení je řídicí algoritmus, který navrhl Damiano a jeho tým. Začíná to tím, že se seznámíme s několika klíčovými parametry o pacientech - jejich věku, jejich hmotnosti a co je nejdůležitější, složení jejich hladiny cukru v krvi a jak se mění. Jakmile má tato informace k dispozici, algoritmus vydává přesné doporučení každých pět minut, 24 hodin denně, celkem 288 klíčových rozhodnutí denně, o tom, kolik inzulínu nebo glukagonu by se jejich pumpy měly uvolnit do krevního řečiště pacienta.
"Jsme nadšeni vývojem přístupu, který může snížit břemeno cukrovky, " říká Steven Russell, hlavní vyšetřovatel klinického týmu.
Diabetici potřebují inzulínové injekce, když je jejich hladina cukru v krvi příliš vysoká, a glukagonu, když je příliš nízká, aby se zabránilo stavům, jako je hyperglykémie a hypoglykémie. Syndrom „mrtvého v posteli“ je vzácný, ale náhlý, fatální výkyv hladiny cukru v krvi, ke kterému může dojít, zatímco mladý člověk s diabetem 1. typu spí. V současné době musí pacienti s cukrovkou důsledně a ručně monitorovat hladinu cukru v krvi, aby se ujistili, že nedochází ke špičce nebo poklesu na nebezpečnou úroveň. Podle Saleh Adi, zakladatele a ředitele kliniky Madison pro dětské cukrovky na University of California, San Francisco, průměrný pacient kontroluje hladinu cukru v krvi 4 až 10krát denně.
Každodenní život s bionickou slinivkou
Jak je dnes, musí uživatel kalibrovat bionickou pankreas dvakrát denně tak, že udeří ukazováčkem a poskytne kapku krve, aby komunikoval hladiny glukózy před snídaní a večeří. Tyto hodnoty se používají jako referenční body. Nositel může také ohlašovat jídlo a varovat zařízení před blížícími se změnami hladiny cukru v krvi. Po celý den se systém zaměří na to, aby se pacient dostal co nejblíže k jeho cílové hladině glukózy. Uživatelé musí denně vyměňovat zásoby glukagonu a inzulínu doplňováním zásobníků ve svých pumpách, i když tým doufá, že to bude méně časté, protože v terénu bude dosaženo dalšího vědeckého pokroku. Konečným cílem je vyvinout bionický pankreas, který je schopen fungovat zcela autonomně.
"Jak se neustále měníte v denním časovém harmonogramu, bude se tato věc s vámi nadále přizpůsobovat v časovém harmonogramu, který je relevantní, " říká Damiano.
Tento systém je jedním z prvních, který byl schopen podávat inzulín i glukagon. Předchozí verze týmu spolu s dalšími zařízeními od Cambridge University, UC Santa Barbara a University of Virginia byly schopny poskytnout inzulín pouze kvůli nestabilnímu glukagonu v roztoku.
Osobní příčina
Damianův patnáctiletý syn David má diabetes typu 1. Jeho diagnóza jako dítě byla tím, co Damiana inspiroval k vytvoření tohoto zařízení.
"Když byl mému synovi asi rok, napadlo mě, že může existovat způsob, jak bych mohl hrát roli při zlepšování jeho péče, " říká Damiano, který pracoval na matematickém modelu krevního toku v těle.
Jeho práce s El-Khatibem na bionickém pankreatu začala v roce 2001, v době, kdy byla technologie, kterou požadoval, stále ve vývoji. Inzulínová pumpa již existovala, ale právě se objevoval kontinuální glukózový senzor, který dokázal detekovat hladiny cukru v krvi pod kůží. Damiano se soustředil na kus, o kterém věděl, že se může změnit. "Moje laboratoř převzala inteligentní systém, " říká.
Zatímco jeho tým pracoval na tomto aspektu zařízení, došlo k souběžným pokrokům v senzorech a dalších prvcích potřebných k tomu, aby tento vynález fungoval. Společnosti, včetně společností Dexcom a Medtronic, zdokonalily senzory, které nepřetržitě sledují hladinu cukru v krvi. Yash Sabharwal a jeho tým ve společnosti Xeris Pharmaceuticals vyvinuli způsob stabilizace glukagonu v roztoku.
"Umělý pankreas pouze s inzulínem je jako snažit se řídit auto, kde máte plynový pedál a bez brzdy, " říká Sabharwal, hlavní provozní ředitel společnosti Xeris Pharmaceuticals. "Vyvinuli jsme formulaci glukagonu, která může být stabilní po dobu dvou let ve srovnání se současným řešením, které je třeba míchat v reálném čase."
Testování zařízení
V roce 2004, poté, co odešel z University of Illinois na profesorství na Bostonské univerzitě, začal Damiano testovat svůj kontrolní algoritmus u diabetických prasat. Posoudil, jak přesně dokáže sledovat hladinu cukru v krvi a doporučil správné dávky inzulínu nebo glukagonu.
Po několika pozitivních výsledcích se Damiano setkal s Russellem v roce 2006 a společně získali povolení FDA pro svou první lidskou studii. Od té doby provádějí klinické zkoušky, včetně některých, které testují zařízení u dospělých doma a u dětí v letním táboře.
Jeden z táborníků, který loni testoval bionickou slinivku, drží chytrý telefon, který tento algoritmus spouští. (Tým Bionic Pankreas) Tým byl schopen studovat, jak zařízení funguje a přizpůsobuje se aktivnímu životnímu stylu tím, že umožnilo účastníkům pokusu „být sami sebou“ a zažít pravidelné rutiny, jídlo a cvičení. Přitom zjistili, že bionický pankreas je účinnější než čerpací systém, který je ovládán ručně.
"Šli jsme od spuštění algoritmu na notebooku s prasaty do provozu na notebooku s lidmi na spuštění na iPhone, takže si ho lidé mohou vzít s sebou, " říká Damiano.
Táborníci používající bionický pankreas během jedné ze studií, s hlavním klinickým vyšetřovatelem Stevenem Russellem. (Invektiva) Damiano a Russell povedou zkoušky s University of Massachusetts, Massachusetts General Hospital, Stanford University a University of North Carolina v Chapel Hill do roku 2017. Studie v roce 2016 se zaměří na dopad používání bionického pankreatu na pacienty v průběhu rok.
"V našich klinických studiích se vyskytují všechny druhy závad, protože se jedná o mechanickou kontrakci, " říká Damiano, cituje časový limit senzorů, prázdné inzulinové kazety a špatné propojení mezi různými částmi. Poplachy, které upozorní uživatele, když jsou na místě nějaké poruchy, které tyto problémy zmírňují, ale tým hledá způsoby, jak jim zabránit.
Další krok: Plně integrované zařízení
Damiano se snaží mít plně integrované zařízení - jednu samostatnou jednotku velikosti iPhonu 5 s inzulínovou pumpou, glukagonovou pumpou, senzorem a přijímačem v infuzní soupravě napájené bateriemi - připravené včas na odchod syna na vysokou školu v roce 2018.
„Diabetes 1. typu žádá jedinečné množství lidí. Nedokážu vymyslet žádnou jinou nemoc, kde dáme lék pacientovi a řeknu: „Vy rozhodujete, kolik užít, “ říká Russell. "Máme příležitost změnit paradigma péče o diabetes."
"Lidé dnes řídí svůj krevní cukr ve tmě, " říká Damiano.
Pomoc lidem s diabetem 1. typu je první prioritou Damiana, ale doufá, že práce jeho týmu přinese prospěch pacientům s diabetem 2. typu a později zlepší přesnost kapek inzulínu, které se používají v nemocničních zařízeních.
Když je k dispozici plně funkční bionický pankreas, pacienti s diabetem 1. typu a rodiče dětí s tímto stavem nemusí každou sekundu myslet na hladinu cukru v krvi.
"Pokud pětiletý běhá 100 yardů, možná budete muset upravit jeho inzulín, " říká Adi. "Pokud to všechno můžeme vzít pryč, můžeme obnovit spontánnost."
